Additive Fertigung in der Getränkeindustrie

Bevor wir unseren Blick auf die Additive Fertigung in der Getränkeindustrie lenken, beantworten wir zunächst eine grundsätzliche Frage: Was ist Additive Fertigung überhaupt?
Im Gegensatz zu abtragenden Fertigungsverfahren, bei denen Werkstücke aus einem Rohstoff herausgearbeitet werden, wird bei der additiven Fertigung das Bauteil in mehreren Schritten Schicht für Schicht aufgebaut. Je nach gewähltem Verfahren werden dafür Materialien (z. B. in Pulverform) in Position gebracht und anschließend verhärtet. Auf diese Schicht wird anschließend die nächste Schicht aufgebracht und so weiter, bis das Bauteil fertig ist. 

Ein Vorteil der Additiven Fertigung gegenüber den konventionellen Verfahren ist, dass keine Gussformen oder zusätzlichen Werkzeuge notwendig sind. Das macht auch die Produktion kleinerer Stückzahlen oder die Serienfertigung stark individualisierter Bauteile wirtschaftlich. Darüber hinaus ergeben sich durch die Additive Fertigung noch zahlreiche weitere Vorteile: 

Geometrische Freiheit: Einfache Realisierung komplexer, bislang schwer oder auch gar nicht zu fertigender Designs (complexity for free).

Optimierte Leistung: Designs mit weniger Komponenten und kleinerer Masse bei besten Bauteileigenschaften.

Schnelle Umsetzung: Produktinnovationen lassen sich schneller entwerfen, testen und weiterentwickeln.

Günstigere Produktentwicklung: Die zeitraubende, aufwändige Herstellung teurer Prototypen entfällt. 

Maßgeschneiderte Fertigung: Schnelle Fertigung geringer Stückzahlen zu vergleichsweise niedrigen Stückkosten.

Zeitnahe Lieferung: Die Just-in-time-Fertigung von Bauteilen im Additiven Verfahren macht Bevorratung und Lagerhaltung überflüssig. 

Die Additive Fertigung ist nicht nur mit Kunststoffen möglich, sondern auch mit Metall. Neben verschiedenen Verfahren hat sich dabei vor allem das sogenannte pulverbettbasierte Schmelzen mittels Laser durchgesetzt (PBF-Verfahren).

Beim PBF-Verfahren schmilzt ein Laserstrahl metallbasiertes Pulver Schicht für Schicht auf. Die dabei eingesetzten Metallpulver werden aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt und können in der entsprechenden Legierung passend zum gewünschten Werkstück und Einsatzgebiet gewählt werden. 

Aufgrund ihrer Vorteile hat sich die Additive Fertigung mittlerweile in vielen Industriebereichen etabliert und ist heute aus der „Smart Factory“ nicht mehr wegzudenken. Dies liegt nicht zuletzt auch daran, dass sich die Additive Fertigung in vielen Unternehmen ganz einfach auslagern lässt: Denn die Produktionsdaten (3D-CAD-Daten) reichen aus, um die Werkstücke exakt nach Maß der Auftraggeber zu fertigen. 

Denkt man an Begriffe wie „Additive Fertigung“ oder „3D-Druck“ in der Lebensmittelindustrie kommen einem als erstes der Gedanke von Drucklösungen in den Sinn, mit denen sich verschiedene Lebensmittel wie Teig oder Schokolade extrudieren lassen. Aber die Einsatzmöglichkeiten der Additiven Fertigung reichen in der Lebensmittel- und vor allem in der Getränkeindustrie deutlich weiter.

Denn in der in der Getränkeindustrie zählt Tempo: Produktionsraten von 40.000 bis 80.000 Flaschen oder Dosen pro Stunde sind keine Seltenheit. Kommt es hier zu einem Produktionsausfall und sind Ersatzteile nicht zeitnah verfügbar, kann es schnell teuer werden. Oftmals muss der Abfüller im Falle eines Produktionsausfalls auf andere Abfüllstraßen ausweichen und diese erst einmal auf die Gebinde anpassen. Laut 3D-Druck.com (dem größten, unabhängigen Onlinemagazin für Additive Fertigung) kann so eine Stunde Produktionsausfall – je nach Größe und Abfüllleistung der gesamten Abfüllstraße – zwischen 4.000 und 30.000 Euro kosten.

Für die Getränkeindustrie ist das eine Belastung, die sich mithilfe der Additiven Fertigung vermeiden lässt. Denn während die Bestellung konventioneller Ersatzteile sowie deren Versand und Einbau oftmals viel Zeit in Anspruch nehmen, können additiv gefertigte Bauteile bei Bedarf schnell gedruckt und dabei auch noch konstruktiv optimiert werden. 

Neben der schnellen Verfügbarkeit bieten additiv aus Metall gefertigte Bauteile aber noch einige weitere Vorteile gegenüber gegossenen Bauteilen – und das ganz besonders in der Getränkeindustrie. 

Zunächst einmal müssen Teile wie z. B. das Laufrad einer Pumpe nicht (so wie Gussteile) massiv ausgelegt werden. Im Gegenteil: Als besonders geeignet haben sich bionische Leichtbaustrukturen, wie Waben- oder Gitterstrukturen erwiesen. Sie überzeugen nicht nur durch hohe Stabilität, sie sind auch deutlich leichter im Gewicht als massive Bauteile – und das spart Energie beim Antrieb.

Zudem ist es in der Additiven Fertigung möglich, Stähle in höheren Härtegraden zu verwenden, was den Verschleiß im Betrieb reduziert.

Und zu guter Letzt weise viele konventionelle Gussteile aus Edelstahl Gaseinschlüsse oder auch fehlerhafte Hohlräume auf (sogenannte „Lunker“). Diese Lunker entstehen durch die Schwindung des Werkstoffvolumens aufgrund der Abkühlung und Erstarrung der Schmelze. Weist ein Gussteil einen solchen Hohlraum auf, kann es bei einer hohen Beanspruchung zu Ausschuss oder gar zu einem Totalverlust des Gussteils führen. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie gelten Lunker darüber hinaus als potenzielle Verschmutzungsfallen, die es unbedingt zu vermeiden gilt. Hier spielt die Additive Fertigung eine weitere große Stärke aus: Denn durch das Schicht-für-Schicht-Verfahren treten keine Lunker auf. Die Dichte des Bauteils ist mit Schmiedematerial vergleichbar.

Kurzum: Die Additive Fertigung ermöglicht kurze Stillstandzeiten für Getränkeabfüller, die bis vor kurzem noch undenkbar erschienen. 

Bereits seit vielen Jahren ist KSB zuverlässiger Partner der Getränkeindustrie. Unsere leistungsfähigen Lebensmittelpumpen und Armaturen kommen heute in den unterschiedlichsten Gebieten zum Einsatz und garantieren stets höchste Qualität und absolute Prozesssicherheit.  

Das gilt auch für die Additive Fertigung: Als erster Hersteller weltweit erhielt KSB bereits 2019 eine TÜV-Zertifizierung für die Additive Fertigung von Bauteilen nach der europäischen Druckgeräterichtlinie. Profitieren Sie von unserer langjährigen Expertise im Bereich der Additiven Fertigung: An unserem Standort Pegnitz bieten wir Ihnen Dienstleitungen rund um den gesamten Prozess der Additiven Fertigung aus einer Hand – inklusive zertifizierter Werkstoffprüfungen im eigenen Werkstofflabor.

Ganz egal, ob Sie einen (schnellen) Ersatz für konventionelle Bauteile benötigen, eine individuelle Sonderanfertigung oder auch für ein neues Verfahren eine neu entwickelte und designte Komponente: KSB hat die Lösungen im Bereich der Additiven Fertigung für Sie, die Sie brauchen! Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme.